Simscape


主な機能

  • Simulink®における制御アルゴリズムを用いたマルチドメイン物理システムのシミュレーション向けの単一環境
  • 機械、電気、油圧、および 2 相流体を含む、10 種以上の物理ドメインをカバーする物理モデリング ブロック
  • MATLAB® ベースの Simscape™ 言語により、物理モデル コンポーネント、ドメイン、およびライブラリをテキストベースで作成可能
  • イベント処理を含む、微分代数方程式 (DAE) のシステム向けのシンボリック式リダクションおよびソルバー テクノロジー
  • リアルタイム シミュレーションおよびハードウェアインザループ (HIL) テスト向けの専門ソルバー テクノロジー
  • 自動的なすべてのユニット変換を備えた、パラメーターおよび変数向けの物理ユニット
  • 製品の追加購入の必要なく Simscape アドオン製品のブロックを使用するモデルをシミュレーションした機能
  • C コード生成をサポート (Simulink Coder™ を使用)


マルチドメイン回路図

Simscape™ 製品は、物理システムの数学的モデルの構成に向け、ナチュラルかつ効率的な手法を提供します。この製品では、物理接続に基づいてマルチドメイン回路図を作 成することにより、システムレベルでの方程式を導出および実装することなくシステム設計を変化させることができます。


物理接続でのモデリング

Simscape コンポーネントは、ポンプモーター、およびオペアンプなどの物理要素を表します。これらのコンポーネントを接続するモデル内の線は、エネルギーを伝送する実システムの物理接続に対応します。このアプローチでは、基礎的な数学演算ではなく、システムの物理構造を記述できるようになります。電気、機械、油圧、およびその他の物理接続は、それぞれの物理ドメインを示す色の線によりマルチドメイン回路図表現されます。どのシステムがモデルに含まれ、どのように相互に接続されているかを一目で確認できます。

Engineers reduced testing costs by tens of thousands of euros, optimized multiple subsystems within the ship, decreased fuel use, and improved energy recapture.

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Simscape 製品ファミリ

Simscape 製品ファミリは、さまざまなアプリケーションをカバーする 6 つの製品で構成されています。Simscape アドオン製品の任意のセットを Simscape プラットフォームと組み合わせ、マルチドメイン物理システムをモデル化できます。アドオン製品には、より高度なブロックや解析手法が含まれています。

Simulink ライブラリ ブラウザーに表示される Simscape 製品ファミリ (左)。この製品は、何百ものコンポーネント (右上の例) や、Simscape Multibody の 3D アニメーション (右下) などを含む最先端の解析ツールを提供します。


モデルの構築

回路図へとコンポーネントを組み立てることにより、Simscape モデルを作成します。多数のコンポーネント モデルが提供されており、カスタマイズしたり、独自のブロック ライブラリを作成できます。また、MATLAB およびSimulink の機能を使用して、モデル構築タスクの多くを自動化できます。


Foundation ライブラリ

Simscape は、10 種以上の異なる物理ドメインをカバーするコンポーネント ライブラリを提供します。各ドメインでは、機械系のばね電気系の抵抗油圧系のオリフィス空気系のチャンバー流体系のリザーバなどの基本要素が提供されています。これらの要素を組み合わせ、電気モーター油圧バルブ、およびほかの複数の物理ドメインにわたるコンポーネントなど、より複雑なコンポーネントをモデル化できます。

 

Vintecc verified 90% of its control system design before hardware was available, shortened its development schedule by months, and implemented new features within days.

Simulink ライブラリ ブラウザーに表示される Simscape Foundation ライブラリ (左)。多くのドメインで何百ものコンポーネントを提供 (ブロックの例、右)。


モデリング エディター

Simulink モデリング エディターは、モデルを効率的に構築するために役立ちます。コンポーネント名を入力すると、何百もの提供コンポーネントから検索することができます。エ ディターにより、最後に接続した物理ドメインに固有のコンポーネントの一覧が表示されます。その他の機能は、モデルの構築に必要なクリックやドラッグ操作 の量を低減します。

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モデル化タスクの自動化

MATLAB の機能を使用して、モデルの構築およびパラメーター化を自動化できます。ブロックの追加 接続の追加接続線またはブロックの削除をプログラム的に実行できます。また、MATLAB 関数を使用し、ブロックの任意の属性に基づいてイアグラム内でブロックを検索し、パラメーター値を設定できます。これらの機能を使用して、複雑なモデルの構築、パラメーター値の調整、およびコンポーネントの設定を瞬時に行うことができます。

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コンポーネントの作成

Simscape 製品が提供する豊富なライブラリは、カスタム コンポーネント作成の支援となるよう特別に設計されています。システムの設計と厳密に一致するコンポーネントを作成し、実行したい解析のために必要な詳細度だけを表現することができます。


再利用可能なアセンブリ

一連の Simscape コンポーネントを回路図にアセンブルし、その回路図を物理接続を使用してサブシステムに配置します。物理接続により、カスタム コンポーネント向けに明確かつ一貫性のあるインターフェイスを定義できるようになり、ほかのモデルでも再利用できます。ダイアログ ボックスでこのコンポーネントの主要パラメーターへのアクセス権限と、MATLAB Help ブラウザーに統合されているカスタム ドキュメントへのダイレクトリンクをユーザーに与えることができます。再利用の容易性により、エンジアリング チーム’の効率を改善できます。

FMTC engineers reduced fuel use by 25%, shortened analysis time by 75%, and reduced total cost of ownership by 15%.

Foundation ライブラリ ブロック (下) から構築されたパラメーター化済みコンポーネント (左上)。ユーザーは、ダイアログ ボックスで主要パラメーターを編集できます (右上)。


Simscape 言語

すべての Simscape コンポーネントは、MATLAB プログラミング言語に基づく Simscape 言語を使用して定義されています。オブジェクト指向型のモデリング言語を使用すると、独自のカスタム コンポーネントを作成し、パラメーター化、物理接続、および暗黙的 DAE として表現されている方程式を用いて完成させることができます。Simscape 言語を使用すると、どの効果をモデルに取り込むかを正確に制御できます。これによって、モデルの忠実度とシミュレーション速度とのトレードオフのバランスをとることが可能です。

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モデルのシミュレーション

Simscape シミュレーション テクノロジーにより、さまざまなエンジニアリング タスクでシミュレーションを活用できるようになります。たとえば、Simscape モデルを使用して開発サイクルの初期の段階で要求仕様を改善し、システムレベルでの設計を最適化し、ハードウェア プロトタイプを使用することなく組み込み型コントローラーをテストできます。Simscape は、開発プロセス全体を通じ、効率を向上します。


方程式削減およびソルバー テクノロジー

Simscape では、物理システム全体に対して、方程式の定式化を自動で実行します。回路図の構文解析後、Simscape ではシンボリック処理およびインデックスリダクションを使用してシステムを最も効果的に表すように数学的に定式化します。専門シミュレーション テクノロジーにより、モデルの残りの部分とともに DAE を直接解きます。

Toyota created a comprehensive model with thousands of equations, tested the controller under challenging edge cases, and verified control software before in-vehicle testing.

リアルタイム シミュレーション

Simscape では、専門シミュレーション テクノロジーを使用してシミュレーションをリアルタイムに実行できます。明示的および暗黙的ソルバーの両方を設定し、必要な精度を維持しつつ、タイム ステップあたりの計算量を制限できます。異なるソルバーを同じモデルの異なる部分に使用して、実行時間を最小化できます。これらの機能により、HIL テスト、学習シミュレーター、およびシミュレーションをリアルタイム システムと同期しなければならないその他の状況に Simscape モデルを使用できるようになります。


MATLAB が使用できる機能

パワフルな MATLAB 機能により、Simscape シミュレーションを用いて困難な問題を効率的に解決できるようになります。MATLAB コードを使用して、任意の シミュレーション タスクを自動化できます。最適化アルゴリズムは、設計に適合する最適なパラメーターまたはコンポーネント セットを特定できます。最適化およびパラメーター スイープは、複数のコアまたは計算クラスター上でシミュレーションを並列実行することにより高速化できます。


結果の解析

Simscape 解析機能により、設計パフォーマンスをすばやく確認して改善できます。さらに、これらの機能を使用して、Simscape モデルがタスクに合った詳細レベルを確実に保つようにすることもできます。


シミュレーション結果の確認

Simscape Results Explorer を使用すると、変数値やイベントのタイミングなど、Simscape モデルのシミュレーション結果を迅速に探すことができます。結果のプロットからモデル (ブロックおよび個別方程式) に直接移動し、確認した動作の原因を調査できます。MATLAB コードを使用すると、時間ベース、周波数ベース、およびイベントベースの解析を含め、任意の解析を自動化できます。

Engineers used simulation to estimate components’ loads, gained crucial insights into system behavior, and accelerated sensitivity studies via parallel computing.

Simscape Results Explorer (右) で Simscape モデル (左) からすべてのシミュレーション結果を確認。回路図とシミュレーション結果間を移動できます。


モデルの複雑度の測定

モデルの計算的に強度の高い部分を特定するため、変数、イベントをトリガー可能な方程式、制約など、定量的にモデルの複雑度を測定できます。これは、変更がシミュレーション中のモデルのパフォーマンスを改善する可能性を判断するうえで役立ちます。Simscape Statistics Viewerは、モデル (ブロックおよび変数) に直接リンクし、モデルの忠実度を調整するうえで役立ちます。

Simscape モデル (左) の複雑度を測定する Simscape Statistics Viewer (右)、保持または排除された変数およびその他統計を表示。モデル内のソース (ブロックまたは方程式) に直接移動できます。


Simulink が使用できる機能

Simulink の機能により、Simscape モデルを使用して困難な制御設計上の問題を解決できるようになります。線形化およびコントローラーの自動チューニングにより、複雑な制御戦略を適用し、ロ バスト性および時間応答目標を達成するようにコントローラー ゲインを迅速に探します。プロファイリングおよびアドバイザー ツールは、シミュレーションのボトルネックを特定し、モデルを改善するうえで役立ちます。


C コードへの変換

Simscape モデルは、Simulink Coder を使用して C コードに変換できます。Simscape モデルを C コードに変換することで、HIL テストやバッチシミュレーションが実行される最適化などのタスクに使用できるようになります。また、C コードへの変換により、保護モデルを共有できるようになります。


ハードウェア プロトタイプなしでのテスト

Simscape モデルにより、ハードウェア プロトタイプなしで組み込み制御アルゴリズムおよびコントローラー ハードウェアをテストできるようになります。ソフトウェアインザループ (SIL) およびプロセッサインザループ (PIL) テストに加え、Simscape モデルを C コードに変 換することで、ハードウェアインザループ (HIL) テストを実行できるようになります。これより、機器とテスト担当者を危険にさらすことなく組み込みコントローラーをテストでき、実際のシステムにコント ローラーを接続したときに、指定したとおりの挙動をしっかりと確認できます。

Volvo Construction Equipment tested new concepts for construction equipment, reduced the number of prototypes by 30-50%, and resolved field issues faster.

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バッチ シミュレーションの実行

最適化およびパラメーター スイープなどの多くのエンジニアリング タスクでは、多数のシミュレーション セットの実行が必要になります。Simscape モデルを C コードに変換することで、これらのタスクの実行効率が向上します。個別のシミュレーションを高速化し、複数のプロセッサやコンピューティング クラスター上でシミュレーションを並行してバッチで実行できます。


モデルの共有

Simscape は、Simscape アドオン製品を使用したモデルの共有時に、購入済みソフトウェアを有効活用します。また、知的資産を保護しながら、モデルを共有する手法も提供します。


Simscape アドオン製品の機能へのアクセス

Simscape ユーザーは、アドオン製品を購入していなくても、Simscape 編集モードを 使用して、Simscape アドオン製品を使用したモデル上で多数のタスクを実行できます。これらのタスクには、モデルのパラメータ値の表示、シミュレーション、および変更が含まれ ます。結果として、チームでは、各エンジニアが各 Simscape アドオン製品を購入する必要なしに、全 Simscape 製品ファミリの拡張コンポーネントや機能を活用できます。

  Simscape モデルでの作業  
タスク モデル開発者
(Simscape および Simscape アドオン製品を購入)

モデル ユーザー
(Simscape を購入)
シミュレーション
データをログし、結果をプロット
数値パラメーターを変更
Simulink Coder でコードを生成
Simscape Multibody アニメーションを表示
PowerGUI の機能および設定にアクセス
ブロック パラメーター化オプションを変更  
物理接続の実行または解除  

保護モデルの共有

知的資産を保護しつつ、Simscape モデルを他のユーザーと共有できます。Simscape 言語を使用して定義したカスタム コンポーネントや、Simscape ブロックを含むサブシステムを保護できます。これらのモデルを他の人員と共有すると、元の実装状況を隠しながら、シミュレーションの実行、パラメーターの変更、および C コードへの変換などが可能になります。


学術分野における Simscape

多くの有名大学が MATLAB、Simulink、および Simscape を使用しています。教育者は、モデリングおよびシミュレーションを3D 視覚化と共に使用し、実際の事例を用いて学生の関心を高め、授業の理論を活性化させることができます。シミュレーションを使用することで、仮想環境でプロトタイプを実行できるた め、新しい設計を試したり、パラメーター空間全体を探したりすることができます。シミュレーションにより、調査プロジェクトや学生向けのコンペティション における設計を最適化できるようになります。また、これらの製品は自動車、エアロスペース、ロボティクスなどのさまざまな産業で幅広く使用されているた め、MATLAB、Simulink、および Simscape での経験を積んだ卒業生は、社会に出てからも引く手あまたです。

モデル化とシミュレーションを使用して学生の関心を高める方法について詳しく知る。

Students acquire engineering communication skills and are motivated with real-world challenges. Graduates are prepared for their careers.